對化工企業而言，工業廢水管理有利於提高效率，從而獲得更多機會。
在製造業中，水起到至關重要的作用，可用於處理、加熱、冷卻、清洗或作為產品的重要成分。然而，工業用水中有 90% 或以上最終將成為廢水¹。在再利用或排放到環境之前進行廢水處理通常會產生大量成本，但有時也會產生機會。隨著能源和材料成本的不斷提高，且消費者和監管機構的要求也越來越高，全球有越來越多的產業面臨永續性的問題。透過處理有毒的廢水，化學企業可減少其水足跡並提高水的再利用率，從而實現更好的整體水管理。
對於在缺水和乾旱對生產造成威脅的地區運作的化學企業來說，水的回用尤其重要。此外，有毒物質排放可能會影響公司的聲譽，公眾會要求問責並採取行動糾正這種情況，包括更好的環境保護。
然而，在廢水管理方面，成本始終是化學企業的考量因素之一。因此，盡量減少廢水量成為減少廢水處理成本的最佳方法。廢水處理可依流量和污染負荷，並結合排水品質需求，組合運用生物、化學和物理等處理方法。現場對水回收的投資可以快速抵消排放罰款和取水成本。這就是整個工廠的整體水足跡和水成本發揮作用的地方。為實現現場水回用，通常需要採用紫外線 (UV)、離子交換、活性碳、逆滲透等先進的處理技術。水處理的要求通常取決於回收水的目的，例如：冷卻水的水質要求低於鍋爐給水。
水處理策略與實踐
各種指導方針旨在限制製造業排放，鼓勵工業更有效率、更永續地運作。例如歐盟成員國的工業排放指令，提出最佳可行技術 (BAT，Best Available Techniques) 和相關排放水準 (AEL，Associated Emissions Levels)，以指導各部門如何實現合規和改進。同樣，美國《清潔水法案 (Clean Water Act)》，也不斷發展，以推動廢水處理的改進，避免污染或有毒事件。在企業層面，許多公司目前發布了環保計畫和長期水質目標，並定期更新最新進展。雖然有部分目標可能相對較低，但對於股東、客戶以及當地社區而言是負責任的表現。
其中一項關鍵 BAT 技術是在關鍵位置監測關鍵製程參數。出水口過往是首選的監測位置，但只有在上游增設監測才能真正實現最佳化和成本節約。為達到排水合規，必須確定廢水的來源及其對廢水處理造成的影響。
營運方應創建工廠的水足跡圖，以確定可能存在污染的區域以及有最佳化潛力的區域。然後，可依水足跡圖增設監測點，取得相關重要數據並做好水處理決策。透過水足跡圖，工廠可確定目前的「痛點」並確保理解數據的目的。收集整個工廠的實驗室數據通常是一個很好的起點。最初，如果多台工藝裝置間沒有變化，則可以認為它們是非關鍵點。但是，當處理階段或處理步驟導致水質或水量發生顯著變化時，運營方應將其視為關鍵控制點。
為確定需監測的參數，除了原水和排水的品質之外，工廠需要仔細研究現場的處理方式和產品。如，在化學工業中，基礎化學品或大宗化學品為塑膠和聚合物，通常是能源產業和消費品的重要材料。因為原料為有機化合物，所以此類化學品製造排放的廢水通常含有極高含量的有機物，而且會隨著生產而發生劇烈變化。因此，為符合相關法規要求，許多製造商設計採用緩衝槽來處理高濃度和低濃度。
在特殊化學品方面，材料由氮、硫、氯化合物等無機物製成。有時，環境或加工過程中的有機化合物會幹擾純度或加工效率。例如，氯鹼生產使用飽和鹽水和膜電解來生產氯和相關產品。回收鹽水有有機污染物累積的風險。有機污染會污染膜系統並導致非計劃性維護。追蹤污染物可以幫助保護膜系統免受損壞並保持生產力。
除了溫度、壓力、流量、pH 值和電導率等物理和基本化學參數外，操作員還應考慮它們如何影響製程控制、合規性和產品品質。就排放到環境中的物質而言，常見的關注參數包括有機物、無機物和營養物。有機物和營養物 (碳、氮、磷) 會導致藻類爆發和富營養化，影響當地環境，必須透過處理去除。這就是為什麼監測和消除有機污染至關重要。
檢測方法
許多地區檢測需氧量是為了顯 示排放到環境中的有機物含量。生物需氧量 BOD 透過檢測樣品中化合物在五天或更長時間內的生物降解情況來實現這一點。由於消毒劑和清潔劑的干擾，其精度和靈敏度有限。化學需氧量 COD使用強氧化劑 (有時含毒性) 在兩到三小時內化學分解樣品中的化合物。然而，COD 對有機物沒有選擇性，並且包括亞硝酸鹽、氨和亞硫酸鹽等無機物。含鐵化合物也會影響 COD 檢測的準確性。這使得在過程中很難做出可操作的決策。例如，如果 COD 很高，很難確定它是來自有機物還是氨。由於重複性和靈敏度問題，如果廢水中的 BOD 很低，低於 20 ppm，則很難確保低於 20 ppm 的限值。
總有機碳 TOC 通常是監測廢水的首選，因為它不依賴使用有毒化合物，並在合理可行的時間範圍內以適當的準確度 (~2-5%) 和精確度 (~2-5%) 提供讀數。雖然歷史資料庫和授權通常是針對 COD 編寫的，但針對特定地點的評估對於轉向 TOC 非常有價值。
運營方透過將有機物氧化成二氧化碳，然後檢測所得的二氧化碳來確定 TOC。有多種技術可以檢測 TOC，包括 TOC 分析儀和嘗試與分析儀關聯的 TOC 感測器。感測器的缺點是，雖然速度更快，但它們存在幹擾，關鍵化合物的回收率不足，並且只能捕獲一部分有機物。
TOC 分析儀有不同的氧化技術和檢測技術，取決於所需的應用。當檢測與鍋爐給水結合併產生蒸汽的回流冷凝水時，則所採用的技術必須能確定樣品中確實不存在污染物。在這種情況下，靈敏度和速度是檢測任何偏差的關鍵。對於其他應用，例如追蹤廢水的負荷和污染度變化，穩固性是處理鹽、固體、無機物和高有機負荷所需的關鍵屬性。
對於所有應用而言，與 TOC 檢測技術同樣重要的是 TOC 分析儀投入使用後以及整個製程流程監測計畫成功實施過程中的支援。除了性能之外，維護、附加參數、驗證和自動化都是需要考慮的因素。在考慮成本和節水工作時必須考慮這些因素。分析工具旨在幫助回答問題並推動決策，因此企業可以從廢水處理優化甚至現場回收的機會中受益。
Sievers® TOC-R3 在線 TOC 分析儀維護需求低、在線時間長，能使工業製造商提高盈利、避免停機、降低維護成本
盡一切努力合規並提高可持續性
改進工業用水管理為化學企業提供了確保遵守不斷變化的法規、改善其公眾形象、滿足消費者需求、促進強大的環境和永續文化並降低成本的機會。為了實現這些利益，企業必須衡量處理有效性、是否合規以及處理效率。除了廢水優化之外，企業還可以透過監測策略來了解與用水相關的其他潛在改進。例如，他們可以使用實際的清潔度數據來改善化學物質和水的使用，而不是根據估計的清潔時間或循環次數做出決策。這些數據驅動的決策可以幫助化學企業避免過度清潔、最大限度地減少產品浪費並節省資源。他們還可以使用這些監測技術來追蹤蒸汽系統的供水，以保護熱交換器、冷凝器等設備免受有害污染物的影響。
控制工業用水能造福各行業的製造商，原因不僅限於合規和成本，還因為管理工業用水能為改善營運、實現永續發展目標和滿足消費者需求，提供極佳的機會。透過監控整個工廠的關鍵控制點，可減輕廢水處理壓力 (特別是面向消費者的產業)，以便更好地控制工業廢水。改善污染追蹤的技術可協助化學企業快速做出決策，確保合規並掌握水回收和再利用的機會。
作者：Amanda Tyndall
Amanda Tyndall 是 Sievers 分析儀工業與環境市場產品經理。 Amanda 在水處理產業具備 10 多年經驗。 Amanda 及其團隊在工業和市政領域，透過從超純水到廢水檢測的儀器解決方案，為客戶解決水質挑戰。 Amanda 擁有化學工程背景，並獲得范德堡大學 (Vanderbilt University) 學士學位和劍橋大學 (University of Cambridge) 碩士學位。
參考文獻： 1. “Water for Chemicals: Market Trends and Forecasts,” 2023-2030. Insight Report. Bluefield Research. September 2023.
